(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104037264 A(43)申请公布日 2014.09.10
(21)申请号 201410258261.3(22)申请日 2014.06.12
(71)申请人中节能太阳能科技（镇江）有限公司
地址江苏省镇江市新区北山路9号(72)发明人周肃 勾宪芳 黄钧林 范维涛
黄青松(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所
(普通合伙) 32204
代理人徐莹(51)Int.Cl.
H01L 31/18(2006.01)C23C 16/505(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页权利要求书1页 说明书4页
(54)发明名称
一种PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法(57)摘要
本发明公开了一种PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法，将经过清洗制绒、扩散和刻蚀的硅片放入PECVD腔室，抽真空后通入反应气体，加射频起辉低温沉积一层厚度为1~30nm的介电层薄膜；再次抽真空并升高沉积温度，待温度稳定后通入反应气体，加射频起辉高温沉积一层厚度为50~100nm的介电层薄膜。本发明采用分步变温沉积方式，先进行低温沉积同时使用较低的射频电源功率，降低等离子体对硅片表面的轰击作用；再进行高温沉积，同时使用较高的激励源功率，增加氢原子的产生以及其在介电膜和硅的界面处的扩散，此时由于低温沉积层的保护，高能量密度等离子体并不会直接作用在硅片表面，从而实现硅片表面缺陷态密度的降低和氢钝化的增强，降低载流子复合，提升太阳电池电性能。
CN 104037264 ACN 104037264 A
权 利 要 求 书
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1.一种PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将经过清洗制绒、扩散和刻蚀的硅片放入PECVD腔室，抽真空后通入反应气体，加射频起辉，射频功率为2500~4500W，沉积温度为50~350℃，沉积一层厚度为1~30nm的介电层薄膜；
（2）再次抽真空并升高沉积温度至350~650℃，待温度稳定后通入反应气体，加射频起辉，射频功率为4500~8000W，沉积一层厚度为50~100nm的介电层薄膜。
2.根据权利要求1所述的PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法，其特征在于：步骤（1）将硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室内压力小于10-5Pa时开始通入反应气体并起辉，反应气体流量为1~10slm，沉积压力为500~2500mTorr，沉积时间为10~500s。
3.根据权利要求1所述的PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法，其特征在于：步骤（1）所述介电层薄膜为非晶氮化硅、非晶氧化硅、非晶硅或非晶氧化铝。
4.根据权利要求1所述的PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法，其特征在于：步骤（1）反应气体包括硅烷、氨气、笑气、三甲基铝、氯化铝、乙硅烷和氧气中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法，其特征在于：步骤（2）腔室内压力小于10-5Pa时开始通入反应气体并起辉，反应气体流量为1~10slm，沉积压力为500~2500mTorr，沉积时间为500~1000s。
6.根据权利要求1所述的PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法，其特征在于：步骤（2）中所述介电层薄膜为非晶氮化硅或非晶氧化硅。
7.根据权利要求1所述的PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法，其特征在于：步骤（2）反应气体包括硅烷、氨气、笑气和乙硅烷中的两种。
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说 明 书
一种PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法
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技术领域
[0001]
本发明涉及晶体硅太阳电池的制备领域，具体涉及一种太阳电池介电层沉积方
法。
背景技术
[0002] 在制造晶体硅太阳电池的过程中，需要经过清洗制绒、扩散、刻蚀、镀膜、丝网印刷和烧结几个主要过程。其中，镀膜过程就是在已经形成P-N结的硅片表面沉积上一层具有高介电常数的介电层薄膜，其主要作用有三个：1）减少电池表面光的反射；2）阻挡金属离子和水蒸气的扩散；3）对硅片表面进行钝化，降低载流子复合。目前晶体硅太阳电池常用的表面介电层材料有氢化非晶氮化硅、氢化非晶氧化硅、氢化非晶硅和非晶三氧化二铝。[0003] 晶体硅表面由内部晶格规则结构的中断形成很多悬挂键，这些悬挂键在能带中激发局域能级形成表面态，成为载流子的复合中心。通过在硅片表面沉积介电层，使硅片表面的悬挂键和薄膜中的原子结合，从而减少硅表面悬挂键，降低表面态密度和硅表面复合速率，实现硅片表面的化学钝化。同时介电层中所含氢在硅片表面的化学钝化中起到至关重要的作用，由于氢原子直径很小，在薄膜沉积或者后续退火过程中能够迅速扩散到介电膜和硅的界面处，与表面硅悬挂键相互结合，降低表面态，减小硅表面复合速率。[0004] PECVD即等离子体增强化学气相沉积，是一种利用激励源使稀释反应气体辉光放电产生等离子体对化学气相沉积过程施加影响的技术，辉光放电产生的非平衡等离子体具有很高的能量，能够将反应的气体分子激活，使原本高温下才发生的反应在低温时就能发生。目前，晶体硅太阳电池制造过程中主要通过射频PECVD技术来沉积硅片表面的介电层，然而，由于等离子体具有很高能量，在激活反应气体分子的同时还会对硅片表面造成一定的轰击作用，导致硅片表面缺陷增多，载流子的复合速率增大，太阳电池电性能下降。发明内容
[0005] 发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法，可降低硅片表面缺陷态密度，增强氢钝化，降低载流子复合。[0006] 技术方案：本发明所述的一种PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法，包括以下步骤：
（1）将经过清洗制绒、扩散和刻蚀的硅片放入PECVD腔室，抽真空后通入反应气体，加射频起辉，射频功率为2500~4500W，沉积温度为50~350℃，沉积一层厚度为1~30nm的介电层薄膜；
（2）再次抽真空并升高沉积温度至350~650℃，待温度稳定后通入反应气体，加射频起辉，射频功率为4500~8000W，沉积一层厚度为50~100nm的介电层薄膜。由于等离子体对硅片表面的轰击作用以及氢原子在介电膜和硅的界面处的扩散与沉积温度和高频电源功率有关。沉积温度和射频电源功率越高，等离子体能量密度越高，对硅片表面的轰击越明显，但对氢原子的产生以及其在介电膜和硅的界面处的扩散越有
[0007]
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说 明 书
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利。基于上述原理，本发明采用分步变温沉积方式，先进行低温沉积同时使用较低的射频功率；再进行高温沉积，同时使用较高的射频功率，实现硅片表面缺陷态密度的降低和氢钝化的增强，降低载流子复合，提升太阳电池电性能，整体工艺简单，适应范围广。[0008] 进一步，步骤（1）将硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室内压力小于10-5Pa时开始通入反应气体并起辉，反应气体流量为1~10slm，沉积压力为500~2500mTorr，沉积时间为10~500s；通过控制反应气体流量和沉积压力提高所沉积薄膜的致密性和化学钝化效果，通过控制沉积时间实现所需要的薄膜厚度。[0009] 优选的，步骤（1）所述介电层薄膜为非晶氮化硅、非晶氧化硅、非晶硅或非晶氧化铝。
[0010] 优选的，步骤（1）反应气体包括硅烷、氨气、笑气、三甲基铝、氯化铝、乙硅烷和氧气中的一种或两种。[0011] 进一步，步骤（2）腔室内压力小于10-5Pa时开始通入反应气体并起辉，反应气体流量为1~10slm，沉积压力为500~2500mTorr，沉积时间为500~1000s；通过控制反应气体流量和沉积压力提高所沉积薄膜的致密性和氢钝化效果，通过控制沉积时间实现所需要的薄膜厚度。
[0012] 优选的，步骤（2）中所述介电层薄膜为非晶氮化硅或非晶氧化硅。[0013] 优选的，步骤（2）反应气体包括硅烷、氨气、笑气和乙硅烷中的两种。[0014] 有益效果：本发明采用分步变温沉积方式，先进行低温沉积同时使用较低的射频电源功率，降低等离子体对硅片表面的轰击作用；再进行高温沉积，同时使用较高的激励源功率，增加氢原子的产生以及其在介电膜和硅的界面处的扩散，此时由于低温沉积层的保护，高能量密度等离子体并不会直接作用在硅片表面，从而实现硅片表面缺陷态密度的降低和氢钝化的增强，降低载流子复合，提升太阳电池电性能。具体实施方式
[0015] 下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0016] 实施例1：一种PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法：
将已经进行过清洗制绒、扩散和刻蚀的多晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室内压力小于10-5Pa时开始通入硅烷和氨气，混合气体流量为6slm，沉积压力为1300mTorr，沉积温度为200℃，加3500W射频起辉，沉积100s获得一层厚度为7nm的非晶氮化硅薄膜；
抽真空并升高沉积温度至500℃，待温度稳定后通入硅烷和氨气，混合气体流量为8slm，沉积压力为1800mTorr，加5500W射频起辉，沉积700s获得一层厚度为76nm的非晶氮化硅薄膜。
[0017] 将采用本实施例方法制备介电层薄膜的多个多晶硅片与常规工艺制备介电层薄膜的多晶硅片进行表面复合速率、少子寿命和赝开路电压对比，硅片平均表面复合速率从
平均赝开路电压从615mV增276cm/s降低到132cm/s、平均少子寿命从11μs增加到26μs，
加到630mV。
[0018] 实施例2：本发明的PECVD沉积低表面复合太阳电池介电层的方法：
将已经进行过清洗制绒、扩散和刻蚀的单晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室内压
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力小于10-5Pa时开始通入三甲基铝和氧气，混合气体流量为4slm，沉积压力为1600mTorr，沉积温度为300℃，加4000W射频起辉，沉积80s获得一层厚度为5nm的非晶氧化铝薄膜；
抽真空并升高沉积温度至600℃，待温度稳定后通入硅烷和氨气，混合气体流量为7slm，沉积压力为1600mTorr，加5000W射频起辉，沉积800s获得一层厚度为78nm的非晶氮化硅薄膜。
[0019] 将采用本实施例方法制备介电层薄膜的多个单晶硅片与常规工艺制备介电层薄膜的单晶硅片进行表面复合速率、少子寿命和赝开路电压对比，硅片平均表面复合速率从246cm/s降低到96cm/s，平均少子寿命从18μs增加到42μs，平均赝开路电压从648mV增加到675mV。
[0020] 实施例3：将已经进行过清洗制绒、扩散和刻蚀的单晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室内压力小于10-5Pa时开始通入笑气和氯化铝，混合气体流量为1slm，沉积压力为500mTorr，沉积温度为50℃，加2500W射频起辉，沉积10s获得一层厚度为1nm的非晶氧化铝薄膜；
抽真空并升高沉积温度至350℃，待温度稳定后通入笑气和硅烷，混合气体流量为1slm，沉积压力为500mTorr，加4500W射频起辉，沉积500s获得一层厚度为50nm的非晶氧化硅薄膜。
[0021] 将采用本实施例方法制备介电层薄膜的多个多晶硅片与常规工艺制备介电层薄膜的多晶硅片进行表面复合速率、少子寿命和赝开路电压对比，硅片平均表面复合速率从340cm/s降低到230cm/s、平均少子寿命从10μs增加到23μs，平均赝开路电压从612mV增加到628mV。
[0022] 实施例4：将已经进行过清洗制绒、扩散和刻蚀的单晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室内压力小于10-5Pa时开始通入乙硅烷和氧气，混合气体流量为10slm，沉积压力为2500mTorr，沉积温度为350℃，加4500W射频起辉，沉积500s获得一层厚度为30nm的非晶氧化硅薄膜；
抽真空并升高沉积温度至650℃，待温度稳定后通入乙硅烷和笑气中，混合气体流量为10slm，沉积压力为2500mTorr，加8000W射频起辉，沉积1000s获得一层厚度为100nm的非晶氧化硅薄膜。
[0023] 将采用本实施例方法制备介电层薄膜的多个单晶硅片与常规工艺制备介电层薄膜的单晶硅片进行表面复合速率、少子寿命和赝开路电压对比，硅片平均表面复合速率从190cm/s降低到85cm/s，平均少子寿命从25μs增加到50μs，平均赝开路电压从651mV增加到680mV。
[0024] 实施例5：将已经进行过清洗制绒、扩散和刻蚀的多晶硅片放入PECVD腔室后抽真空，腔室内压力小于10-5Pa时开始通入硅烷，混合气体流量为5slm，沉积压力为1100mTorr，沉积温度为150℃，加3000W射频起辉，沉积150s获得一层厚度为10nm的非晶硅薄膜；
抽真空并升高沉积温度至500℃，待温度稳定后通入氨气和乙硅烷，混合气体流量为6slm，沉积压力为1900mTorr，加5000W射频起辉，沉积800s获得一层厚度为81nm的非晶氮化硅薄膜。
[0025] 将采用本实施例方法制备介电层薄膜的多个多晶硅片与常规工艺制备介电层薄膜的多晶硅片进行表面复合速率、少子寿命和赝开路电压对比，硅片平均表面复合速率从
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290cm/s降低到215cm/s、平均少子寿命从11μs增加到24μs，平均赝开路电压从616mV增加到631mV。
[0026] 如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
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